为确保实验的有效性，采用硬质石膏靴来完全固定受试者的生物踝关节。这可以防止穿着者主动产生力量或进行会歪曲数据的姿势调整。通过中和自然关节，该装置迫使踝足假肢模拟器成为唯一的动力来源和实验中唯一可调的变量。
通过将非截肢者的生物力学状态转化为模拟截肢状态，硬质石膏靴隔离了假肢。这确保了步态对称性和代谢效率等指标是控制算法的结果，而不是受试者生物代偿的结果。
实现真正的变量隔离
固定化的必要性
在正常行走中，人体的踝关节是一个复杂的引擎，可以调整姿势并产生显著的推进力。
为了准确测试假肢，必须消除这种生物贡献。硬质石膏靴创造了一个物理屏障，完全固定了关节，防止用户的小腿肌肉产生任何主动贡献。
创建“模拟截肢”状态
实验的目的是在早期测试中无需截肢者受试者群体即可模拟截肢的生物力学。
该靴子有效地改变了健康参与者的生物力学状态。它复制了踝关节控制的丧失，创造了一个受控环境，用户必须完全依赖所连接的硬件。
算法测试的精确性
建立唯一的动力来源
为了让研究人员了解假肢设备的能力，他们必须确定能量的来源。
由于靴子阻止了生物踝关节蹬离地面，踝足假肢模拟器成为唯一的动力来源。这种清晰度对于测量设备的实际输出能力至关重要。
测量效率和对称性
最终目标通常是评估特定控制算法如何影响用户的运动。
在人类变量被中和后，研究人员可以精确地测试软件更改如何影响步态对称性和代谢效率。步行经济性的任何改进或缺陷都可以直接归因于假肢，而不是用户“学会”作弊。
理解实验约束
模拟的局限性
虽然这种方法提供了出色的机械隔离，但它仍然是对残疾的模拟，而不是临床现实。
硬质靴有效地消除了踝关节的运动，但受试者仍然拥有完整的感官通路和肌肉质量，而真正的截肢者可能没有。这种设置是测试硬件和软件逻辑的有力工具，但它严格优先考虑机械隔离而不是长期的临床适应。
研究的战略应用
- 如果您的主要重点是测试控制算法：硬质靴对于在没有生物干扰的情况下隔离代码对动力和对称性的影响至关重要。
- 如果您的主要重点是测量代谢成本：靴子确保能量消耗数据反映假肢的效率，而不是受试者补偿的能力。
通过从方程中移除人类踝关节，您可以将一个变量丰富的环境转变为精确的生物力学工程实验室。
总结表：
| 特征 | 对实验的影响 | 目的 |
|---|---|---|
| 关节固定 | 消除生物力产生 | 防止姿势补偿 |
| 变量隔离 | 使假肢成为唯一的动力来源 | 确保数据仅反映硬件/代码 |
| 生物力学模拟 | 在健康用户中复制截肢状态 | 实现快速、受控的假肢测试 |
| 指标准确性 | 与控制算法直接相关 | 精确测量代谢效率 |
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参考文献
- Michael S. Jacobson, Myunghee Kim. Foot contact forces can be used to personalize a wearable robot during human walking. DOI: 10.1038/s41598-022-14776-9
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